[发明专利]一种软开关型双向串联谐振变换器及其恒增益控制方法

权利要求书

1.一种软开关型双向串联谐振变换器，其特征在于：包括主电路和控制电路，主电路包括开关网络、谐振网络、辅助器件和一个理想变压器；理想变压器的匝比为n：1，其原边、副边的两个开关网络均为全桥网络，分别连接电压V₁和电压V₂，当正向工作时V₁为输入电压，V₂为输出电压；当反向工作时V₂为输入电压，V₁为输出电压；原边、副边的开关网络都由四个MOS管组成，原边的四个MOS管是Q₁、Q₂、Q₃和Q₄，副边的四个MOS管是Q₅、Q₆、Q₇和Q₈；原边、副边的两个谐振网络均为LC串联谐振网络，原边的谐振电感为L_r1，谐振电容为C_r1，副边的谐振电感为L_r2，谐振电容为C_r2；原副边均有一个电感作为辅助器件，原边的辅助电感为L₁，副边的辅助电感为L₂；

在所述软开关型双向串联谐振变换器的原边，电压V₁的正极同时与MOS管Q₁和Q₃的漏极相连，电压V₁的负极同时与MOS管Q₂和Q₄的源极相连，MOS管Q₁的源极和Q₂的漏极同时与谐振电容C_r1和辅助电感L₁的一端相连，MOS管Q₃的源极和Q₄的漏极同时与辅助电感L₁的另一端以及变压器原边的负极相连，谐振电容C_r1的另一端与谐振电感L_r1的一端相连，谐振电感L_r1的另一端与变压器原边正极相连；在变压器副边，变压器副边的正极与谐振电感L_r2的一端相连，谐振电感L_r2的另一端与谐振电容C_r2的一端相连，变压器副边负极同时和MOS管Q₅的源极、MOS管Q₆的漏极以及辅助电感L₂的一端相连，辅助电感L₂的另一端同时与MOS管Q₇的源极、MOS管Q₈的漏极以及谐振电容C_r2的另一端相连，MOS管Q₅和Q₇的漏极与电压V₂的正极连在一起，MOS管Q₆和Q₈的源极与电压V₂的负极相连；

用于软开关型双向串联谐振变换器的工作方法为：

正向工作时，当变换器工作在额定负载时，在t₀时刻，流过原边谐振电感L_r1的谐振电流i_r1为正值，原边MOS管Q₁和Q₄及对应的副边MOS管Q₆和Q₇同时开通，虽然i_r1为正值，但辅助电感L₁的电流i_L1为负值，且其值比i_r1大，流过Q₁和Q₄的电流为i_r1与i_L1之和，于是有充足的电流流过Q₁和Q₄的体二极管，把Q₁和Q₄钳位为0，Q₁和Q₄为零电压开通；副边t₀时流过副边谐振电感L_r2的谐振电流i_r2为负值，辅助电感L₂的电流i_L2也为负值，流过Q₆和Q₇体二极管的电流为i_r2与i_L2之和，把Q₆和Q₇两端的电压钳位为0，使Q₆和Q₇实现零电压开通；谐振电流为正弦信号，谐振电流i_r2在t₁时达到零，MOS管Q₁和Q₄及Q₆和Q₇同时关断，此时原副边所有MOS管的结电容都进行着对应的充放电过程，Q₁、Q₄、Q₆和Q₇的结电容在充电，Q₂、Q₃、Q₅和Q₈的结电容在放电，在t₂时充放电完毕，谐振电流i_r1与辅助电流i_L1之和流向Q₂、Q₃的体二极管，谐振电流i_r2与辅助电流i_L2之和流向Q₅、Q₈的体二极管，把电压钳位为零，为其在t₃时的零电压开通创造条件；后半周期波形与前半周期波形对称，原理也相同；

反向工作模式下，当变换器工作在额定负载时，在t₀时刻，副边谐振电感上的谐振电流i_r2为正值，原边MOS管Q₁和Q₄及对应的副边MOS管Q₆和Q₇同时开通，虽然i_r2为正值，但辅助电感L₂的电流i_L2为负值，且其值比i_r2大，流过Q₆和Q₇的电流为i_r2与i_L2之和，于是有充足的电流流过Q₆和Q₇的体二极管，把Q₆和Q₇钳位为0，Q₆和Q₇为零电压开通；原边t₀时流过原边谐振电感L_r1的电流i_r1为负值，辅助电感L₁上的电流i_L1也为负值，流过Q₁和Q₄体二极管的电流为i_r1与i_L1之和，把Q₁和Q₄两端的电压钳位为0，使Q₁和Q₄实现零电压开通；谐振电流为正弦信号，谐振电流i_r1在t₁时达到零，MOS管Q₁和Q₄及Q₆和Q₇同时关断，此时原副边所有MOS管的结电容都进行着对应的充放电过程，Q₁、Q₄、Q₆和Q₇的结电容在充电，Q₂、Q₃、Q₅和Q₈的结电容在放电，在t₂时充放电完毕，谐振电流i_r1与辅助电流i_L1之和流向Q₂、Q₃的体二极管，谐振电流i_r2与辅助电流i_L2之和流向Q₅、Q₈的体二极管，把电压钳位为零，为其在t₃时的零电压开通创造条件；后半周期波形与前半周期波形对称，原理也相同。